(57)【要約】【課題】高周波電源に対して複数の電極ユニットが並列に接続されても、電極ユニットの全てについて同時に放電を開始させることのできるエキシマ光照射装置を提供すること。【解決手段】内側電極３と、内側電極３の周囲に設けられた外側電極２と、これら両電極２，３の少なくともいずれか一方の対向面に設けられた誘電体４とからなる電極ユニット５が、エキシマ光発生ガスが充填された筐体１内に複数隣接配置されたエキシマ光照射装置において、隣接する電極ユニット５の外側電極２に、放電空間を連通する開口部２２を形成したことを特徴とするエキシマ光照射装置である。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側電極と、該内側電極の周囲に設けられた外側電極と、これら両電極の少なくともいずれか一方の対向面に設けられた誘電体とからなる電極ユニットが、エキシマ光発生ガスが充填された筐体内に複数隣接配置されたエキシマ光照射装置において、
前記隣接する電極ユニットの外側電極に、放電空間を連通する開口部を形成したことを特徴とするエキシマ光照射装置。
【請求項２】
前記内側電極が棒状体からなり、前記外側電極が筒状体からなることを特徴とする請求項１に記載のエキシマ光照射装置。
【請求項３】
前記筐体内部に充填されたエキシマ光発生ガスの圧力が１０ｋＰａ以上であり、前記隣接する電極ユニットの外側電極の開口部間の離間距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエキシマ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマ放電により真空紫外域に発光ピークを有するエキシマ光を照射するエキシマ光照射装置に係わり、特に、大面積を均一に高出力照射することのできるエキシマ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、殺菌装置、洗浄装置、樹脂硬化装置、化学気相成長法（ＣＶＤ法）による成膜装置等において被照射物に対して紫外線照射が行われてきた。このような紫外線照射処理のためにエキシマ光照射装置が利用されている。このような装置を用いることによって、処理速度を速め処理の低コスト化を達成することができる。処理速度を向上するためには、エキシマ光照射装置の大面積化と高出力化が必要である。又、成膜装置等に用いられるエキシマ光照射装置では、均一な膜厚の成膜を行うために、エキシマ光照度分布の均一度が特に厳しく要求される。
【０００３】
従来のエキシマ光照射装置は、エキシマ放電によりエキシマ光を放射するエキシマランプを筐体内に配設する構造が採用されていた。しかし、このような装置では、エキシマランプが、発光管を同軸上に配置してなる二重管構造の放電容器で構成されるため、放電容器を構成する材料が石英ガラスであることに起因して放電容器が破損したり、又このような装置では、コストが高くなるため、被処理物の大面積化に対応するように構成することが困難であった。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許３１２５１９１号公報には、被処理物の大面積化、高出力化に対応することが可能であり、さらに、均一な平面発光が得られるエキシマ光照射装置が提案されている。
【０００５】
図７は、上記公報に開示されたエキシマ光照射装置の正面断面図である。
このエキシマ光照射装置は、筐体１の内部に筒状金属電極（外側電極２）と、その中心軸上に設置された棒状金属電極（内側電極３）と、内側電極３の周側に設けられた誘電体４からなる電極ユニット５が複数配置するように構成されている。筐体１内には放電ガスが充填され、外側電極２と内側電極３との間に高周波電源８による高周波電圧を印加することにより、両電極２，３間に放電を発生させ、電極ユニット５の鉛直方向の筐体１に取り付けられた光出射窓６を通してエキシマ光が照射されるものである。
【０００６】
このようなエキシマ光照射装置によれば、電極ユニット５を大量に配置することにより大面積化が可能である。また、電極ユニット５における電極２，３の全長を大きくすることにより、放電体積を増やすことができるため、高出力化が可能である。特に、筐体１内にガスを放流させ、各電極ユニット５の電極２，３間にガスを流すことにより、ガス温度の上昇を抑制することができるため、さらなる高出力化が期待できる。さらに、電極ユニット５を密接に隣接配置することで均一な平面発光が得られる。
【０００７】
【特許文献１】特許３１２５１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記公報に示すエキシマ光照射装置において、複数の電極ユニット５で放電を発生させる場合、電極ユニット５に対して同じ数の高周波電源を接続するのではなく、コストを下げるためにも１つの高周波電源８に対し複数の電極ユニット５を並列に接続して点灯させている。この場合、複数の電極ユニット５に同じ電圧を印加して放電を開始させることになる。
【０００９】
しかし、電極２，３間に同じ電圧を印加しても、各電極ユニット５の電極２，３の間隔の微小な相違や誘電体４の厚みの微小な相違等に起因して、放電空間中に印加される電圧がそれぞれ異なってしまう。すなわち、複数の各電極ユニット５に同じ電圧を印加しても、放電が開始する電極ユニット５と放電が開始しない電極ユニット５が生じてしまう。
放電により効率よくエキシマ分子を生成するためには、数１０ｋＰａのガス圧力であることが好ましいが、このようなガス圧力では、ある電極ユニット５で放電が開始すると、放電が開始する電圧（放電開始電圧）よりも放電しているときの電圧（放電維持電圧）の方が低くなる。その結果、複数の電極ユニット５を高周波電源８に対して並列に接続していると、ある電極ユニット５で放電が開始すると、まだ放電が開始していない電極ユニット５に印加される電圧が低下してしまうことになる。そのため、電極ユニット５の全てについて放電を開始させることができないという問題が生じる。
【００１０】
このような問題に対処するために、各電極ユニット５に印加する電圧を大きくすることにより上記のような問題の発生を抑制することが可能であるが、高電圧を印加することは高周波電源の大型化を伴うため、コスト面で不利となり好ましくない。
また、放電開始電圧を低下させるため電極間に金属製の補助電極を設置したとしても、放電開始電圧低減の効果はあるが、補助電極近傍に放電が集中して発生するため、均一な照度分布を得ることができなくなる。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、高周波電源に対して複数の電極ユニットが並列に接続されても、電極ユニットの全てについて同時に放電を開始させることのできるエキシマ光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、内側電極と、該内側電極の周囲に設けられた外側電極と、これら両電極の少なくともいずれか一方の対向面に設けられた誘電体とからなる電極ユニットが、エキシマ光発生ガスが充填された筐体内に複数隣接配置されたエキシマ光照射装置において、前記隣接する電極ユニットの外側電極に、放電空間を連通する開口部を形成したことを特徴とするエキシマ光照射装置である。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段において、前記内側電極が棒状体からなり、前記外側電極が筒状体からなることを特徴とするエキシマ光照射装置である。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段乃至第２の手段のいずれか１つの手段において、前記筐体内部に充填されたエキシマ光発生ガスの圧力が１０ｋＰａ以上であり、前記隣接する電極ユニットの外側電極の開口部間の離間距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とするエキシマ光照射装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のエキシマ光照射装置によれば、複数の電極ユニットを高周波電源に並列に接続し、各電極ユニットに同じ大きさの電圧を印加した場合においても、全ての電極ユニットの放電空間にエキシマ放電を生成させることができる。また、過剰に高い電圧を印加する必要がないことから高周波電源を大型化する必要もない。そして、従来のエキシマ光照射装置において問題となっていた、エキシマ放電が形成される電極ユニットとエキシマ放電が形成されない電極ユニットが混在する、という不具合を良好に解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置の正面断面図、図２は、図１に示したエキシマ光照射装置のＡ−Ａ’から見た要部断面図である。
このエキシマ光照射装置１００は、筐体１と、外側電極２、内側電極３及び誘電体４からなる電極ユニット５と、筐体１の開口部に嵌め込まれて固定された光出射窓６と、ガスの流れを制御するための金属部材７と、電極ユニット５に電気的に接続される高周波電源８とから構成される。
【００１７】
筐体１は、ステンレスからなり、内部にエキシマ光発生ガスとしてアルゴンガスが充填されている。アルゴンガスの充填圧力は、１０ｋＰａ〜１０００ｋＰａであって、例えば５０ｋＰａである。アルゴンガスは、筐体１に設けられたガス導入口１０から１リットル（Ｌ）／分の流量で筐体１の内部に導入され、ガス排気口１１から排出される。すなわち、エキシマ光発生ガスが筐体１の内部を還流するようにしてエキシマ光発生ガスが過剰に昇温することを防止することにより、エキシマ光発生ガスの高温化に伴うエキシマ光の生成効率の低下を防止している。
【００１８】
エキシマ光発生ガスとしてアルゴンガスを使用した場合、中心波長１２６ｎｍのアルゴンエキシマ光が発生する。その他にも、キセノンガス、クリプトンガスを使用することができる。又これらの混合ガスを使用することもできる。すなわち、ガスの種類を選択したり、ガスの混合比率を調整することにより、用途に応じた波長のエキシマ光を発生させることができる。
【００１９】
電極ユニット５は、金属製の棒状体からなる内側電極３の周囲が管状の誘電体４で被覆され、筒状体からなる外側電極２が、その略中心軸上に内側電極３が配置されるよう誘電体４から離間して配設されて構成される。外側電極２と誘電体４との間の空間が放電空間Ｓａ、Ｓｂ・・・である。
外側電極２は、例えば銅から構成され、内側電極３も、例えば銅から構成される。誘電体４は、例えばアルミナから構成される。
【００２０】
各電極ユニット５における各外側電極２には開口部２２が形成されており、これにより、隣接する電極ユニット５ａ、５ｂの放電空間Ｓａ、Ｓｂが連通するように構成される。開口部２２は、筒状体からなる外側電極２の胴部２１に貫通穴を設けることにより形成し、その形状は、丸型、四角形型等、種々の形状を採用することができる。なお、開口部２２は、外側電極２の胴部２１のいかなる箇所に設けても良いし、複数設けてもよい。すなわち、外側電極２をメッシュ状の筒状体で構成したり、さらには外側電極２にスリットを設ける等の手段によって開口部を形成しても良い。
筐体１の内部には、このような電極ユニット５を複数隣接配置する。ここで「隣接」とは、各電極ユニット５が当接した状態、又は対向する電極ユニット５間に僅かな空間を介在して離間した状態を意味する。
【００２１】
なお、離間している形態において、筐体１内のエキシマ光発生ガスの充填圧力が１０ｋＰａ以上である場合には、後述するように、放電が開始されてない電極ユニット５へ確実に電子や光などが到達することを考慮して、隣接する電極ユニット５の対向する外側電極２における開口部２２間の離間距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは３ｍｍ以下である。ここで「離間距離」とは、隣接する開口部２２間の最短距離のことをいう。
【００２２】
光出射窓６は、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ２）からなるが、アルゴンエキシマ光（１１０ｎｍ〜１５０ｎｍの波長域）を透過させるものであれば良い。金属部材７は、環状の金属板（アルミニウム、厚さ５ｍｍ）であり、外側に配置された電極ユニット５の外周部と筐体１の内壁の間を塞ぐ形状である。
【００２３】
ここで、第１の実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置に関する数値例を示す。但し、本発明は以下の数値例に限定されるものではない。
筐体１は、直方体形状を有し、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ１２０ｍｍである。外側電極２は、円筒形状を有し、外径１４．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、全長３０ｍｍである。開口部２２は、円形であり、直径が１ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば２ｍｍである。内側電極３は、円柱形状を有し、外径２ｍｍ、全長６５ｍｍである。誘電体４は、円筒形状を有し、外径４ｍｍ、肉厚１ｍｍ、全長６０ｍｍである。外側電極２と誘電体４の間の放電距離Ｌは、４．８ｍｍである。
高周波電源８によって両電極２，３に印加される電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲であって、例えば４ｋＶである。
【００２４】
本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置１００において、複数の電極ユニット５を高周波電源８に並列に接続し、各電極ユニット５に同じ大きさの電圧を印加した場合において、全ての電極ユニット５の放電空間にエキシマ放電が形成されるという効果を奏する。そして、過剰に高い電圧を印加する必要がないことから電源が大型化することもない。すなわち、従来のエキシマ光照射装置において問題となっていた、エキシマ放電が形成される電極ユニットとエキシマ放電が形成されない電極ユニットが混在する、という不具合を良好に解決することができる。
【００２５】
その理由を図３及び図４を用いて説明する。
図３は、高周波電圧が印加されたときの放電空間内の電子や原子等の挙動を示す図である。
同図に示すように、放電空間に高周波電圧を印加すると、印加電圧からエネルギーを得た電子が放電ガスの原子に衝突することにより、電子の衝突を受けた原子が電子とイオンとに分かれる。このようにして発生した電子が印加電圧からエネルギーを得て、上記の挙動が繰り返されることにより、電子とイオンの数が増加して放電が発生する。すなわち、本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置は、電極ユニットの放電空間に存在する電子やイオンの総数を増やすことにより、放電開始電圧が低下することに起因して容易に放電が発生することに着目したものである。
【００２６】
図４は、高周波電源８から各電極ユニット５に高周波電圧を印加したとき、隣接する外側電極２の開口部２２付近の構成を拡大して示した図である。
同図に示すように、隣接する電極ユニット５ａ、５ｂの放電空間Ｓａ、Ｓｂを外側電極２に設けた開口部２２によって連通させることにより、放電が開始している電極ユニット５ａで放出される紫外光、可視光、電子、イオン、励起原子および準安定励起原子が、外側電極２の開口部２２を通って、放電が開始している電極ユニット５ａに隣接する放電が開始していない電極ユニット５ｂの放電空間Ｓｂに導入される。
紫外光や可視光が外側電極２、又は誘電体４に照射されることにより、これらの表面から電子が放出される。特に、エキシマ光等の紫外光はエネルギーが高いため、紫外光が外側電極２等に照射されると電子が放出されやすい。また、イオン、励起原子、準安定励起原子等のエネルギーを持った粒子が、外側電極２、又は誘電体４の表面に衝突することによっても電子が放出される。
上記の放電が開始していない電極ユニット５ｂに導入された電子やイオンに加え、新たに放出された電子が加わることによって、放電が開始していない電極ユニット５ｂの放電開始電圧が低下し、容易に放電を開始させることができる。
【００２７】
その結果、本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置１００によれば、複数の電極ユニット５を１つの高周波電源８に並列に接続し、各電極ユニット５に同じ大きさの電圧を印加した場合においても、全ての電極ユニット５の放電空間Ｓにエキシマ放電を生成させることができる。
【００２８】
なお、外側電極２は両端に開口を有する筒状体であり、両端の開口を通じて隣接する電極ユニット５ａ、５ｂの放電空間Ｓａ、Ｓｂが繋がっている。しかし、上記の放電が開始している電極ユニット５ａにおいて発生した紫外光や可視光が、両端の開口を通って、電極ユニット５ａに隣接する放電が開始していない電極ユニット５ｂの放電空間Ｓｂへ到達することはない。さらに、電極ユニット５ａ、５ｂの放電空間Ｓａ、Ｓｂにエキシマ光発生ガスを流しているため、上記の励起原子等の粒子は、このようなガスの流れに逆らってまで、外側電極２の両端の開口を通って放電が開始していない電極ユニット５ｂの放電空間Ｓｂに導入されることはない。このような事情があるため、筒状体からなる外側電極２の胴部２１に対し開口部２２を意図的に設けることに本発明の技術的意義があるのである。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図５乃至図６を用いて説明する。
図５は、本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置の正面断面図、図６は、図５に示したエキシマ光照射装置のＢ−Ｂ’から見た要部断面図である。
なお、図５及び図６に示した各符号の構成は図１及び図２に示した同符号の構成に対応するので詳細な説明は省略する。
【００３０】
図５及び図６に示すエキシマ光照射装置２００は、外側電極２の内側電極３と対向する側の面の全体に渡って、例えばアルミナなどの誘電体からなる被覆層９が形成されている。被覆層９の厚みは、０．５ｍｍ〜２ｍｍであって、例えば１ｍｍである。なお、隣接する電極ユニット５ａ、５ｂ間で対向する開口部２２ａ、２２ｂには、筒状体からなる被覆管２３が挿入され、被覆層９と被覆管２３とがセラミックス接着剤によって接着固定されている。
【００３１】
本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置２００によれば、第１の実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置に加え、外側電極２の内側電極３と対向する側の面に誘電体からなる被覆層９を設けることにより、被覆層９表面では電界が均一となり放電が均一に発生するため、均一な照度分布を得ることができる。
【００３２】
その理由は以下のように考えられる。すなわち、金属からなる外側電極２の表面は、微視的に見ると平坦ではなく微小な凹凸が存在していることがある。これにより、電極２，３間に高周波電圧を印加した際、外側電極２の表面に発生する電界が上記の凸部に集中して発生することにより、電極２，３間にまばらに放電が発生するため、照度分布を損なうおそれがあるからである。
然るに、本実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置２００によれば、外側電極２の内側電極３と対向する側の面に誘電体からなる被覆層９を設けたことにより、この被覆層９の表面において電界が均一となるため、放電が均一に発生する。これにより、均一な照度分布を得ることができる。
さらには、放電の集中による局所的な加熱によって起こる電極ユニット５の破損を防ぐことができる。
【００３３】
なお、上記の各実施形態においては、１つの高周波電源に対して複数の電極ユニットを電気的に接続し並列点灯させる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
なぜなら、１つの高周波電源に対して１つの電極ユニットを接続した場合であっても、始動の際に必要以上の過剰な高い電圧を印加することはコスト面で不利となり、始動に必要な電圧に概ね等しい電圧だけ印加する方がコスト面で有利であるからである。すなわち、本発明は、１つの電極ユニットに対して１つの高周波電源を電気的に接続して点灯させた形態においても当然に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置の正面断面図である。
【図２】図１に示したエキシマ光照射装置のＡ−Ａ’から見た要部断面図である。
【図３】高周波電圧が印加されたときの放電空間内の電子や原子等の挙動を示す図である。
【図４】高周波電源８から各電極ユニット５に高周波電圧を印加したとき、隣接する外側電極２の開口部２２付近の構成を拡大して示した図である。
【図５】第２の実施形態の発明に係るエキシマ光照射装置の正面断面図である。
【図６】図５に示したエキシマ光照射装置のＢ−Ｂ’から見た要部断面図である。
【図７】従来技術に係るエキシマ光照射装置の正面断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  筐体
２  外側電極
２１  胴部
２２，２２ａ，２２ｂ  開口部
２３  被覆管
３  内側電極
４  誘電体
５，５ａ，５ｂ  電極ユニット
６  光出射窓
７  金属部材
８  高周波電源
９  被覆層
１０  ガス導入口
１１  ガス排気口
１００  エキシマ光照射装置
２００  エキシマ光照射装置
Ｓａ，Ｓｂ  放電空間
【図１】
2006269273.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006269273.tif 000008
【図７】
2006269273.tif 000009